Pregrado
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  2. Química orgánica  2.1. Estructura y relaciones  2.1.1. Hibridación en Compuestos de Carbono  2.1.2. Resonancia y aromatización  2.1.3. Orbitales moleculares  2.1.4. Efectos inductivo y mesomérico  2.2. Hidrocarburos  2.2.1. Hidrocarburos  2.2.2. Alqueno  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compuestos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos y Conformación  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Alcoholes y fenoles  2.3.2. Éteres y epóxidos  2.3.3. Aldehídos y cetonas  2.3.4. Ácidos carboxílicos y derivados  2.3.5. Aminas  2.3.6. Ésteres y amidas  2.3.7. Tioles y sulfuros  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomería en Estereoquímica  2.4.2. Quiralidad y actividad óptica  2.4.3. Análisis estructural  2.4.4. Diastereómeros y Enantiómeros  2.5.1. Reacciones de sustitución  2.5.2. Reacciones de eliminación  2.5.3. Reacciones de adición  2.5.4. Reacciones radicales  2.5.5. Reacciones de reordenamiento  2.5.6. Reacciones Pericíclicas  2.6. Espectroscopía y análisis estructural  2.6.1. Espectroscopía Infrarroja  2.6.2. Espectroscopía por resonancia magnética nuclear  2.6.3. Espectrometría de masas  2.6.4. Espectroscopia UV-visible  2.6.5. Cristalografía de rayos X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adición y Condensación  2.7.2. Mecanismo de polimerización  2.7.3. Polímero biodegradable  2.7.4. Polímeros conductores e inteligentes
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Polyprotic Acids and Bases


Polyprotic acids and bases are a fascinating and important topic in general chemistry. To understand the nuances of acid-base chemistry it is important to understand how these substances behave. This article will explain what polyprotic acids and bases are, their unique properties, and their importance in chemical reactions and everyday applications.

Definition and characteristics

A polyprotic acid is an acid that can donate more than one proton (H+) per molecule. In chemistry, these acids undergo multiple dissociation steps, each of which is marked by a dissociation constant. Similarly, a polyprotic base can accept more than one proton, undergoing multiple association steps.

The most common examples of polyprotic acids include:

  • Sulfuric acid (H2SO4)
  • Carbonic acid (H2CO3)
  • Phosphoric acid (H3PO4)

These acids exhibit interesting behavior because each dissociable proton has its own acidity, and the dissociation equilibria of the compounds are interconnected. Let's examine them further through illustrative equations and examples.

Visualizing the concept: separation of polyprotic acids

Take phosphoric acid (H3PO4) as an example:

H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4- (first dissociation)
H2PO4- ⇌ H+ + HPO42- (second dissociation)
HPO42- ⇌ H+ + PO43- (third dissociation)
H3PO4 H2PO4- HPO42- PO43-

This visual representation helps to understand the sequential nature of proton dissociation from phosphoric acid. It is important to highlight the difference between each step to understand the concept of polyprotic behavior.

Each dissociation has its own equilibrium constant

Each dissociation step in a polyprotic acid is associated with a specific equilibrium constant, called Ka1, Ka2, and Ka3 for the first, second, and third dissociations, respectively. Generally, Ka1 > Ka2 > Ka3, indicating that each subsequent proton is harder to remove.

Consider carbonic acid (H2CO3) as another example:

H2CO3 ⇌ H+ + HCO3- (KA1)
HCO3- ⇌ H+ + CO32- (KA2)

The values of Ka1 and Ka2 for carbonic acid are important for understanding biological systems such as acid rain and human blood buffering.

Importance of pH in polyprotic acid solutions

A unique aspect of polyprotic acids is that they have an effect on pH at different concentrations and equilibrium stages. For example, when dissolved in water, sulfuric acid (H2SO4) will first completely dissociate to provide a high concentration of hydrogen ions:

H2SO4 → H+ + HSO4-

It is the subsequent decomposition into HSO4- SO42- that distinguishes sulfuric acid as a strong acid, and its first decomposition is usually much more vigorous than the results seen with weak acids.

Practical applications of polyprotic acids and bases

Understanding polyprotic acids and bases is essential for many real-world applications:

  • Buffer systems: Polyprotic acids such as the carbonic acid-bicarbonate system play an important role in maintaining pH stability in biological systems.
  • Soil chemistry: Phosphoric acid is a major component of fertilizers, which provide vital nutrients to plants.
  • Industrial processes: Sulfuric acid is fundamental in manufacturing processes including the production of fertilizers, explosives, and refining petroleum.

Role of polyprotic bases

Just as polyprotic acids release multiple protons, polyprotic bases can accept more than one proton. An example of a polyprotic base is the carbonate ion (CO32-), which can accept a proton to form bicarbonate (HCO3-) and ultimately carbonic acid.

CO32- + H+ ⇌ HCO3-
HCO3- + H+ ⇌ H2CO3

Conclusion

The study of polyprotic acids and bases is a fundamental aspect of chemistry that requires understanding sequential dissociation and their equilibrium. Understanding how each step of dissociation affects pH and reactivity helps chemists and students appreciate the wide applications of these compounds in both the natural world and industrial settings.

The unique properties of polyprotic materials underlie their roles in a variety of chemical processes, which are essential for both understanding and applications in chemistry-related fields.


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